anÁlisis de la resistencia a la tensiÓn y dureza de...

ANÁLISIS DE LA RESISTENCIA A LA TENSIÓN Y DUREZA DE UN

ACERO SAE 1045 SOMETIDO A DIFERENTES TRATAMIENTOS

TÉRMICOS: TEMPLE, CRIOGENIA Y REVENIDO A 400 ºC

AUTOR:

NICOLÁS ALFONSO GUZMÁN

Trabajo de grado para obtener el título de

INGENIERO MECÁNICO

DIRECTOR:

ING. CARLOS ARTURO BOHÓRQUEZ ÁVILA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

PROYECTO CURRICULAR DE TECNOLOGÍA E INGENIERÍA MECÁNICA

BOGOTÁ D.C.

2017

2

CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................... 6

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ..................................................... 7

3. OBJETIVOS ............................................................................................. 8

3.1. General ................................................................................................. 8

3.2. Específicos ........................................................................................... 8

4. MARCO TEÓRICO .................................................................................. 9

4.1. Definiciones ......................................................................................... 9

4.2. Aceros ................................................................................................. 13

4.2.1. Características de empleo ............................................................. 13

4.2.2. Composición química .................................................................... 13

4.2.3. Propiedades físicas ....................................................................... 14

4.2.4. Propiedades mecánicas ................................................................ 15

4.3. Tratamientos térmicos ...................................................................... 20

4.3.1. Temple .......................................................................................... 22

4.3.2. Revenido ....................................................................................... 25

4.3.3. Criogenia ....................................................................................... 26

5. PREPARACIÓN DE PROBETAS .......................................................... 29

6. INGENIERÍA DE PROYECTO ............................................................... 33

6.1. Cálculo de temperaras intercríticas ................................................. 33

6.1.1. Temperatura 𝐴𝑐1 ........................................................................... 33

6.1.2. Temperatura 𝐴𝑐3 ........................................................................... 33

6.2. Tratamientos térmicos ......................................................................... 34

6.2.1. Temple .......................................................................................... 34

6.2.2. Criogenia ....................................................................................... 35

6.2.3. Revenido ....................................................................................... 36

6.3. Ensayos y pruebas ............................................................................ 36

6.3.1. Pruebas de tensión ....................................................................... 36

6.3.3. Dureza ........................................................................................... 40

6.3.4. Análisis de falla ............................................................................. 42

6.4. Micrografías ......................................................................................... 45

6.5. Microdureza .......................................................................................... 57

3

7. CONCLUSIONES .................................................................................. 61

REFERENCIAS ................................................................................................ 62

LISTADO DE ECUACIONES

Ecuación 1: ley de la palanca para sólidos ...................................................... 10

Ecuación 2: ley de la palanca para líquidos .................................................... 10

Ecuación 3: reacción química del grafito ......................................................... 11

Ecuación 4: tiempo de sostenimiento para el acero 1045 ............................... 18

Ecuación 5: cálculo de temperatura Ac1 ......................................................... 33

Ecuación 6: cálculo de temperatura Ac1 ......................................................... 33

Ecuación 7: temperatura de temple promedio ................................................. 34

4

LISTADO DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1: esquema de un diagrama de fase ............................................. 10

Ilustración 2: diagrama hierro-carbono ........................................................... 12

Ilustración 3: banda típica de templabilidad de un acero SAE 1045 ............... 17

Ilustración 4: relación entre temperatura de revenido y dureza en un acero SAE

1045 .................................................................................................................. 18

Ilustración 5: Distintos tratamientos aplicados a los aceros para la conformación

en frío son mostrados ....................................................................................... 22

Ilustración 6: diagrama de temperatura VS tiempo para procesos de tratamiento

criogénico ......................................................................................................... 27

Ilustración 7: preparación de las probetas ...................................................... 29

Ilustración 8: probetas según norma ASTM E8 ............................................... 30

Ilustración 9: total probetas para prueba de impacto charpy ........................... 31

Ilustración 10: Total probetas prueba de tracción ........................................... 31

Ilustración 11: proceso de templado ............................................................... 35

Ilustración 12: probetas después de la criogenia ............................................ 35

Ilustración 13: Gráfico esfuerzo-deformación de las probetas K ..................... 36

Ilustración 14: Gráfico esfuerzo-deformación de las probetas T ..................... 37

Ilustración 15: Gráfico esfuerzo-deformación de las probetas TCR5, TCR10,

TCR15 y TCR30 ............................................................................................... 37

Ilustración 16: Gráfico comparación de las curvas esfuerzo-deformación de

todos los grupos de probetas ............................................................................ 38

Ilustración 17: Entalle estándar de las probetas para prueba de impacto ....... 39

Ilustración 18: Gráfico resultados prueba de dureza probetas de tracción ..... 41

Ilustración 19: Gráfico resultados prueba de dureza probetas de impacto ..... 41

Ilustración 20: comparación resultados de la prueba de dureza entre las

probetas de tensión e impacto .......................................................................... 42

Ilustración 21: Gráfica que compara la microdureza en distintas zonas ......... 57

Ilustración 22: Gráfica porcentaje de mejora en la dureza .............................. 58

Ilustración 23: Comparacion del esfuerzo máximo de probetas con tratamiento

térmico TCR a 400ºC, TR a 450ºC y TR a 550ºC, con tiempo de revenido de 5,

10 y 15 minutos ................................................................................................. 59

Ilustración 24: Gráfica del esfuerzo máximo de dos probetas templadas a

diferentes temperaturas .................................................................................... 59

Ilustración 25: Gráfica de la tenacidad promedio en probetas tratamiento

térmico TCR a 400ºC, TR a 450ºC y TR a 550ºC, con tiempo de revenido de 5,

10 y 15 minutos ................................................................................................. 60

Ilustración 26: Gráfica de tenacidad promedio de dos probetas templadas a

diferentes temperaturas .................................................................................... 60

5

LISTADO DE TABLAS

Tabla 1: composición típica de un acero SAE 1045 ................................... 14

Tabla 2: propiedades físicas del acero SAE 1045 ........................................ 14

Tabla 3: propiedades mecánicas de un acero sin Tratamiento térmico SAE

1045 .................................................................................................................. 15

Tabla 4: propiedades mecánicas de un acero SAE 1045 templado en

ACEITE .............................................................................................................. 16

Tabla 5: propiedades mecánicas de un acero SAE 1045 templado en

AGUA ............................................................................................................... 16

Tabla 6: recomendaciones para diferentes tratamientos térmicos del

acero SAE 1045 ............................................................................................... 17

Tabla 7: pruebas charpy para distintas durezas brinell del acero SAE 1045

.......................................................................................................................... 19

Tabla 8: recomendaciones para el torneado ............................................. 19

Tabla 9: análisis de falla de todos los grupos de probetas ........................ 42

Tabla 10: Microscopia a 500x y a 1000x probeta sin tratamiento térmico

.......................................................................................................................... 45

Tabla 11: Prueba Microscopia electrónica de Barrido probetas K ........... 46

Tabla 12: Microscopia a 500x y a 1000x probetas con temple ................. 47

Tabla 13: Prueba Microscopia electrónica de Barrido (MEB) probetas

templadas ....................................................................................................... 48

Tabla 14: Microscopia a 500x y a 1000x probetas TCR5 ............................. 49

Tabla 15: Prueba Microscopia electrónica de Barrido (MEB) probetas TCR5

.......................................................................................................................... 50

Tabla 16: Microscopia a 500x y a 1000x probetas TCR10 ........................... 51


TCR10 ............................................................................................................... 52



TCR15 ............................................................................................................... 54



TCR30 ............................................................................................................... 56

Tabla 22: Resultados prueba de dureza ...................................................... 57

6

1. INTRODUCCIÓN

Para diferentes aplicaciones en el campo de la ingeniera, el conocimiento de

nuevos materiales, de nuevos métodos alternativos de fabricación usados para

aumentar las propiedades mecánicas de algún material o distintas maneras de

realizar tratamientos térmicos, tienen cada vez más demanda, debido a su

utilidad y posibilidades de adaptación a mayores entornos donde un material

común fallaría o tendría bastantes limitaciones.

Para lograr esto, el presente trabajo tiene como intención mostrar la variación de

las propiedades mecánicas del material AISI SAE 1045 bajo la influencia de

temple, criogenia y revenido a bajas temperaturas. Además de proponer las

posibles distintas aplicaciones.

Con lo anterior se quiere hacer las diferentes pruebas y ensayo, y con estas se

pretende mostrar las mejoras resultantes al material en cuestión.

Es allí donde el papel de este trabajo cobra importancia, debido a que en el

mismo se muestran los objetivos junto con la justificación que ayudan a entender

y contextualizar el porqué del proyecto. Además de la ejecución del mismo.

7

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La criogenia es el método por excelencia utilizado industrialmente hablando para

llevar a distintos materiales a temperaturas cercanas a los -170ºC produciendo

cambio en la microestructura no observables a otras temperaturas.

Es bastante conocido que los metales expuestos a altas temperaturas, varían

sus propiedades físicas y mecánicas; es relativamente inferior el conocimiento

que se tiene de la variación de tales propiedades a temperaturas por debajo de

0ºC, y más específicamente inferiores a 100K.

Para eliminar tal brecha, en la universidad Francisco José de Caldas facultad

Tecnológica se han venido realizando trabajos de grado sobre el tema de

criogenia, mostrando distintos tipos de ensayos. Para continuar dicha

investigación, el presente trabajo pretende mostrar el cambio de propiedades

físicas y mecánicas del acero sometido a criogenia y llevándolo a temperaturas

inferiores a 100 K.

8

3. OBJETIVOS

3.1. General

Analizar la resistencia a la tensión y dureza de un acero AISI SAE 1045 sometido

a diferentes tratamientos térmicos; temple, revenido a bajas temperaturas.

3.2. Específicos

Elaborar las diferentes probetas requeridas para realizar las pruebas de

tensión y de dureza a realizarse en acero AISI SAE 1045.

Realizar una estimación de las temperaturas necesarias para realizar el

temple y para el revenido basándose en la composición química del

material.

Aplicar el tratamiento térmico particular a cada probeta para efectuar las

pruebas de tensión y dureza según sea el caso.

Realizar pruebas de tensión, dureza y metalográficas al material que ha

sido sometido a los tratamientos, ya nombrados, teniendo en cuenta la

norma ASTM E-8, ASTM E-23, ASTM E-18 y ASTM E-4

Comparar los resultado obtenidos con los valores teóricos y con otros

trabajos de investigación que siguen la misma línea de investigación

9

4. MARCO TEÓRICO

Para tener un punto de partida acerca del proyecto, se mostrará a continuación

los aspectos teóricos y prácticos requeridos para una correcta interpretación y

entendimiento del presente proyecto son:

4.1. Definiciones

Metales: se define como metal a todo material que cumple las siguientes

características físicas:

a) Alta conducción de calor.

b) Solido a temperatura ambiente (excepto el mercurio que es líquido).

c) Baja energía de ionización.

d) Baja electronegatividad.

Acero: Usualmente se define al acero como una aleación de hierro y carbono

con contenido de carbono entre unas pocas centésimas y 2 % (en peso). En los

aceros de baja aleación pueden encontrarse otros elementos hasta una cantidad

total acumulada de 5%; cuando se encuentran en cantidades superiores se los

denomina aceros fuertemente aleados, tal como los de herramientas y los

inoxidables.

Los aceros pueden presentar una gran variedad de propiedades según su

composición química y las fases y constituyentes presentes, lo que

eventualmente, depende del tratamiento térmico.

Diagrama de fase: es la interpretación teórica, basado en datos experimentales,

de la combinación de las distintas fases de un material en el momento de alearse.

En tal gráfico, el eje de las ordenadas corresponde a la temperatura y el eje de

las abscisas se considera el porcentaje en peso de los componentes que forman

la aleación.

10

Habitualmente, los diagrama de fase utilizados con metales, tiene dos fases, es

decir, uno de los componentes se convierte en líquido cuando el otro se mantiene

sólido, al aumentar la temperatura.

Ilustración 1: esquema de un diagrama de fase

Fuente: Universidad Centroamericana José Simeón cañas. En línea.

http://www.uca.edu.sv/facultad/clases/ing/m210031/Tema%2006.pdf visitado el

11 de febrero de 2017.

La cantidad de cada fase, en fracción o porcentaje, con respecto a la masa total

de la aleación se suele encontrar mediante la regla de la palanca, cuyas

expresiones se muestran a continuación:

Ecuación 1: ley de la palanca para sólidos

𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 =𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 (𝐴)

𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (𝐴 + 𝐵)∗ 100%

Fuente: (Universidad Centroamericana José Simeón Cañas, 2017)

Ecuación 2: ley de la palanca para líquidos

𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 =𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 (𝐵)

𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (𝐴 + 𝐵)∗ 100%


http://www.uca.edu.sv/facultad/clases/ing/m210031/Tema%2006.pdf

11

El diagrama que se considera para el desarrollo del presente trabajo es el de

Hierro-Carbón, con el cual se predicen el tipo de acero o de fundición blanca. El

diagrama está elaborado hasta una cantidad máxima de 6. 66̅̅̅̅ % de Carbono, del

peso total del compuesto. Esta cifra corresponde a que luego de ella se genera

la reacción química mostrada a continuación:

Ecuación 3: reacción química del grafito

𝐹𝑒 + 𝐶 → 𝐹𝑒3𝐶

𝐹𝑒3𝐶, es conocido como carburo férrico o grafito.


Es claro que para aumentar distintas propiedades mecánicas de los aceros, se

suelen adicionar otros elemento, dichos son:

Silicio

Cromo

Manganeso

Magnesio

Níquel

Entre otros

12

Ilustración 2: diagrama hierro-carbono

Fuente: http://www.monografias.com/trabajos104/ensayos-materiales/ensayos-

materiales2.shtml

13

4.2. Aceros

4.2.1. Características de empleo

Según la compañía general de acero (CGA) proporciona la siguiente información:

SAE 1045 es un acero grado ingeniería de aplicación universal que proporciona un

nivel medio de resistencia mecánica y tenacidad a bajo costo con respecto a los

aceros de baja aleación. Frecuentemente se utiliza para elementos endurecidos a

la llama o por inducción. Este acero puede ser usado en condiciones de suministro:

laminado en caliente o con tratamiento térmico (templado en aceite y revenido; o

templado en agua y revenido).

Se caracteriza por ser un acero de baja templabilidad que puede ser endurecido

totalmente en espesores delgados por temple en agua. En secciones más gruesas

se pueden obtener un endurecimiento parcial de la sección de la pieza y el

incremento de la resistencia será proporcional a la capa o espesor endurecido, al

ser deformado en frio se presenta un incremento en la dureza y la resistencia

mecánica.

4.2.2. Composición química

La misma empresa nacional suministra la información sobre la composición habitual

del acero SAE 1045.

14

Tabla 1: composición típica de un acero SAE 1045

𝑪 (%) 𝑴𝒏 (%) 𝑷𝒎𝒂𝒙(%) 𝑺𝒎𝒂𝒙(%) 𝑺𝒊𝒎𝒂𝒙(%)

Composición

Química

0.43

0.50

0.60

0.90

0.04 0.05 0.20

0.40

Fuente: general de aceros (CGA)

Estado de suministro: Recocido

Dureza de suministro: [160 − 200] Brinell

4.2.3. Propiedades físicas

Los valores que se encuentran en la siguiente tabla, se hallaron bajo

experimentación en condiciones de laboratorio

Tabla 2: propiedades físicas del acero SAE 1045

PROPIEDAD VALOR

Densidad 7850

𝐾𝑔

𝑚3

Módulo de

elasticidad

200 𝐺𝑃𝑎

Conductividad

térmica 52

𝑊

𝑚 𝐾

Calor

específico 0.46

𝐾𝐽

𝐾𝑔 𝐾

Coeficiente de

Poisson

0.3


15

4.2.4. Propiedades mecánicas

Aunque existe una gran diversidad de valores dependiendo del tipo de tratamiento

térmico utilizado para el ensayo. Sin embargo, CGA proporciona información sobre

las propiedades mecánicas para diferentes condiciones, a saber:

4.2.4.1. Condiciones normales

Las propiedades a continuación fueron tomadas a temperatura ambiente sin

endurecimiento. Los diámetros de las probetas están entre 12 y 38 mm

Tabla 3: propiedades mecánicas de un acero sin Tratamiento térmico SAE 1045


4.2.4.2. Temple

En aceite

Temple realizado en aceite desde los 820ºC, revenido a la temperatura indicada

16

Tabla 4: propiedades mecánicas de un acero SAE 1045 templado en ACEITE


En agua

Temple realizado en agua desde los 820ºC, revenido a la temperatura indicada

Tabla 5: propiedades mecánicas de un acero SAE 1045 templado en AGUA


17

Banda de templabilidad

Ilustración 3: banda típica de templabilidad de un acero SAE 1045


4.2.4.3. Recomendaciones para tratamientos térmicos

Tabla 6: recomendaciones para diferentes tratamientos térmicos del acero SAE

1045


18

Para el temple en aceite, se observa que se minimiza la deformación sin garantizar

la máxima dureza

Para el revenido, se aconseja mantener un tiempo de sostenimiento según la

siguiente formula

Ecuación 4: tiempo de sostenimiento para el acero 1045

𝑡𝑠𝑜𝑠𝑡𝑒𝑛𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 1 ℎ𝑜𝑟𝑎 + 1 ℎ𝑜𝑟𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑜 𝑑𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜


Ilustración 4: relación entre temperatura de revenido y dureza en un acero SAE 1045


Por último se presentan los resultados pruebas de impacto tipo charpy para

probetas templadas y revenidas en agua a 870ºC

19

Tabla 7: pruebas charpy para distintas durezas brinell del acero SAE 1045


4.2.4.4. Maquinabilidad

Puede ser mecanizado fácilmente en estado recocido. El acero 1045 presenta la

siguiente Maquinabilidad:

En estado calibrado: 55%

En estado recocido: [68 − 70]%

Para el torneado se presenta la siguiente información:

Tabla 8: recomendaciones para el torneado


20

4.2.4.5. Confortabilidad

Puede ser deformado fácilmente en caliente a temperaturas entre 980 y 1230ºC.

Este material no debe ser deformado en frio extensivamente sin realizar recocidos

intermedio. Un recocido subcrítico será suficiente excepto cuando un trabajo severo

en frio ha de ser seguido por más trabajo en frio en cuyo caso se requiere un

recocido total.

4.2.4.6. Soldabilidad

El acero SAE 1045 está cerca al límite superior de acero con porcentaje de carbono

que pueden ser soldados satisfactoriamente por todos los métodos comunes. Sin

embargo, precalentamiento y pos calentamiento pueden ser necesarios en función

del espesor. Usualmente hay menos necesidad de estos procedimientos con

procesos de soldadura con gas que métodos de soldadura por arco debido a que el

proceso de soldadura por gas genera una zona afectada por el calor mayor que el

proceso de arco eléctrico y por tal razón el enfriamiento es más lento. Se

recomienda electrodos de bajo hidrógeno.

4.3. Tratamientos térmicos

Los objetivos principales al realizarse un tratamiento térmico en aceros de

herramienta de trabajo en frío se pueden enumerar así:

Homogeneizar: corregir defectos de micro segregación , cuidando que la

temperatura no se acerque al punto de fusión

Ablandar. Para mejorar su Maquinabilidad, los aceros se someten a

tratamiento de recocido, ya que la dureza de la perlita se modifica según sea

21

la velocidad de enfriamiento. Los valores pueden variar entre HB 1808 y 400

(equivalente a 600 y 1330 MPa respectivamente) en un acero 1050.

Distensionar. Las piezas pueden acumular tensiones producidas en los

procesos de deformación, soldadura o fusión cuando los espesores son

variables. No se modifica la dureza ni la estructura,

Endurecer: aumentar el límite elástico, la resistencia máxima y la resistencia

a la fatiga.

Aumentar la tenacidad: lograr un valor elevado de resistencia con capacidad

de deformarse antes de romperse.

Adicionar elementos químicos con el fin de incrementar la dureza superficial

El ciclo térmico básico de los aceros de herramienta de trabajo en frío consiste en

calentarlos hasta altas temperaturas para austenizarlos. Esta temperatura

dependerá del grado escogido entre esta familia de aceros: temperaturas entre 800

y 880 ºC son suficientes para aceros de baja aleación y en cambio temperaturas

mayores (1020 –1070 ºC) son necesarias para aceros de trabajo en frío altamente

aleados. Posteriormente estos materiales son templados hasta temperatura

ambiente y, finalmente, recalentados a temperaturas entre 180 - 550 ºC para

revenirlos.

Una característica de los aceros de trabajo en frío de baja aleación es que éstos se

reblandecen al ir aumentando la temperatura de revenido. La cantidad de

reblandecimiento depende de la temperatura a la que son expuestos y las

características del grado. En cambio, aceros de alta aleación pueden mostrar en el

revenido un endurecimiento secundario a temperaturas ente los 500 y los 540 ºC

reteniendo o incluso en algunos grados superando la dureza a salida del temple.

22

Ilustración 5: Distintos tratamientos aplicados a los aceros para la conformación en frío son mostrados

Aunque se pueden nombrar bastantes tratamientos térmicos, solo se considerarán

los que competen al presente estudio, es decir,

Temple

Revenido

Criogenia

4.3.1. Temple

El Temple es un tratamiento térmico que tiene por objetivo aumentar la dureza y

resistencia mecánica del material, transformando toda la masa en Austenita con el

calentamiento y después, por medio de un enfriamiento brusco (con aceites, agua

salmuera), se convierte en Martensita, que es el constituyente duro típico de los

aceros templados.

En el temple, es muy importante la fase de enfriamiento y la velocidad alta del

mismo, además, la temperatura para el calentamiento óptimo debe ser siempre

23

superior a la crítica para poder obtener de esta forma la Martensita. Existen varios

tipos de Temple, clasificados en función del resultado que se quiera obtener y en

función de la propiedad que presentan casi todos los aceros, llamada Templabilidad

(capacidad a la penetración del temple), que a su vez depende, fundamentalmente,

del diámetro o espesor de la pieza y de la calidad del acero.

Se identifican tres etapas fundamentales de las que consta el temple:

4.3.1.1. Precalentamiento

El precalentamiento es la primera etapa del ciclo térmico que debe realizarse a los

aceros de herramienta para minimizar los dos tipos de tensiones que ocurren

durante el temple y que pueden traducirse en distorsiones y grietas en la pieza. El

primer tipo de tensiones son las debidas a la expansión térmica que se produce

durante el calentamiento y el segundo tipo de tensiones son debidas a la

disminución de volumen por la transformación de la matriz ferrítica típica de los

aceros en su estado de suministro a una austenítica al alcanzarse la temperatura

Ac.

4.3.1.2. Austenización

La austenización es usada para transformar totalmente la matriz en una estructura

austenítica y disolver en parte los elementos de aleación que se encuentran en

forma de carburos embebidos en la matriz por mantenimiento isotérmico a la

temperatura de austenizado. Es un proceso dependiente de la temperatura y el

tiempo y estos parámetros vendrán marcados por la composición química del acero,

el tamaño de la pieza y las solicitaciones que el acero haya de cumplir. Bajas

temperaturas de austenización proporcionan mayor tenacidad, menores

distorsiones y cambios dimensionales después del tratamiento térmico, pero

desarrollan menor dureza y resistencia al desgaste. En cambio altas temperaturas

de austenización pueden proporcionar mayor dureza y resistencia al desgaste, pero

24

en contrapartida, se obtiene una menor tenacidad y una mayor probabilidad de

producirse distorsiones, cambios dimensionales y grietas de temple.

4.3.1.3. Enfriamiento

Una vez austenizado el acero, el tipo de enfriamiento ideal para los aceros de

herramienta con el fin de conseguir la dureza pretendida en el material, debe ser un

enfriamiento continuo con la velocidad menos severa y el medio menos enérgico

posible, pero suficientes para alcanzar una matriz martensítica con los carburos

embebidos en ella.

La búsqueda del medio menos enérgico reside en minimizar las tensiones de temple

y los cambios dimensionales producidos por la expansión de volumen en la

transformación martensítica, al minimizar la diferencia de temperaturas entre la

superficie y el núcleo de la pieza.

La intensidad del enfriamiento depende de la templabilidad del acero, las

dimensiones de la pieza a tratar y la dureza deseada, determinando estos factores

el medio e intensidad deseados.

Los medios de enfriamiento son especificados en las fichas técnicas de los

materiales o pueden ser extraídos de los gráficos TEC (Transformación en

Enfriamiento Continuo) facilitados en los catálogos de los productos. Los

2 K) se encuentran tabulados en

los manuales.

Cuando un acero de herramienta es templado, la matriz no es totalmente convertida

a Martensita En general alguna cantidad de Austenita queda en la estructura y ella

es referida como Austenita retenida por no haberse completado totalmente la

transformación martensítica (Mf por debajo de la temperatura ambiente). La

cantidad de Austenita retenida durante el temple aumenta al aumentar:

25

El contenido de elementos alfágenos por hacer éstos disminuir las temperaturas de

inicio y fin de la Martensita

o La temperatura y tiempo de austenización por disolver una mayor parte de

elementos de aleación que estaban en forma de carburos.

o El espesor de la pieza.

4.3.2. Revenido

El Revenido es un tratamiento complementario del Temple, que generalmente

prosigue a éste. Después del Temple, los aceros suelen quedar demasiados duros

y frágiles para los usos a los cuales están destinados. Lo anterior se puede corregir

con el proceso de Revenido, que disminuye la dureza y la fragilidad excesiva, sin

perder demasiada tenacidad.

La temperatura a la que se realizan los distintos revenidos depende

fundamentalmente de las propiedades que con éste se pretendan conseguir.

Existen en el mercado las fichas técnicas de los distintos grados donde se muestran

los gráficos de revenido para cada material (dureza alcanzada por el acero después

de revenirse a distintas temperaturas), tablas sobre la tenacidad presentada a

distintas durezas y una vaga y difusa información en cuanto a la resistencia al

desgaste.

Dos son los rangos de revenido realizados a los aceros de herramienta,

conociéndose como revenido a bajas temperaturas y revenido a altas temperaturas,

existiendo entre ellos una zona prohibida de revenido, entre 250 - 450 º C por

presentarse en ella una fragilidad superior a los otros rangos ya mencionados.

26

El revenido a temperaturas bajas (180 - 250 ºC) es aplicable a todos los

aceros de trabajo en frío. Éste solo produce un destensionado y una ligera

transformación de la Martensita tetragonal resultante del temple. Un solo

revenido será suficiente si se reviene a estas temperaturas por no producirse

la transformación de la Austenita retenida.

El revenido a altas temperaturas (500 - 550 ºC) es aplicable a los aceros

altamente aleados que presentan dureza secundaria. El número de

revenidos a realizar a un acero de herramientas altamente aleado viene

indicado en las fichas técnicas

4.3.3. Criogenia

“A los aceros de herramienta se les puede realizar distintos tratamientos adicionales

al tratamiento clásico de temple y revenido con el fin principal de aumentar la vida

útil en determinada condiciones de trabajo, al permitir bajar el coeficiente de

fricción y mejorar la resistencia al desgaste ya sea por micro dureza superficial,

refinamiento de carburos entre otros. Uno de estos procesos es el criogénico.”

(Caserta Cárdenas, 2012, p 31)

“Los tratamientos criogénicos se realizan a temperaturas bajo cero, estos

tratamientos continúan el proceso de templado. Su objetivo es transformar la mayor

parte de Austenita retenida en la Martensita. No son sustitutos de otros tratamientos

térmicos, sino una extensión del ciclo térmico que involucra todo el material y no

sólo su superficie.” (Lira Calmet, 2009, p 39)

“El tratamiento criogénico típico consiste de un enfriamiento lento

(aproximadamente 2.5° C/min) desde la temperatura ambiente hasta la temperatura

de nitrógeno líquido. Cuando el material alcanza aproximadamente 80K, este es

27

sostenido por un tiempo apropiado (generalmente 24 horas). Al final Del periodo de

sostenimiento, el material es removido del nitrógeno líquido y empieza a calentarse

hasta temperatura ambiente” (ver diagrama Temperatura vs tiempo). (Caserta

Cárdenas, 2012, p 31)

Ilustración 6: diagrama de temperatura VS tiempo para procesos de tratamiento criogénico

Fuente: ASTM HANDBOOK, heat treating, Volume, cold trateing and cryogenic

treatement of Steel, 2001.

“Es importante tener en cuenta que cuando se lleva a cabo el enfriamiento, la

temperatura debe ser controlada con precisión con el fin de no dañar el material

debido al choque térmico que se presenta. “ (Caserta Cárdenas, 2012, p 32)

“Debemos tener en cuenta que algunos aceros, al ser sometidos a tan bajas

temperaturas, sufrirán cierto riesgo de agrietamiento.

Con estos tratamientos podemos conseguir la mayor resistencia al desgaste, si se

trata de una herramienta, así como su estabilidad dimensional. Los beneficios de

este tipo de tratamientos son el incremento de la resistencia al desgaste, la vida útil

de la herramienta y en algunos grados la dureza.

Un efecto significativo a tener en cuenta es el cambio dimensional que sufren las

piezas, así como el aumento de dureza debido a la transformación de la Austenita

retenida en Martensita.

28

Existen varios sistemas y criterios para realizar estos tipos de tratamientos. Se

distinguen dos categorías dependiendo de la temperatura bajo cero alcanzada en

el proceso.

Subcero: Las piezas alcanzan una temperatura de –80°C, con utilización de

hielo seco más alcohol.

Criogénico: Las piezas alcanzan una temperatura de –193°C, con utilización

de nitrógeno líquido.” (Lira Calmet, 2009,p 39)

29

5. PREPARACIÓN DE PROBETAS

La selección del material de la presente monografía se debe a una serie de trabajos

actuales y a futuro que se están llevando a cabo en la universidad Distrital Francisco

José de caldas acerca de la propiedad del acero SAE 1045 bajo la influencia de

varios tratamientos térmicos, y entre ellos la criogenia.

El fin último de esta serie de trabajos es encontrar particularidades o diferencias

entre todos ellos y verificar si la criogenia altera los resultados obtenidos. Los

tratamientos térmicos más usuales de este abanico de trabajos son: temple,

revenido, recocido, envejecido, abrasión.

Como el objetivo principal de la presente monografía es comparar las propiedades

mecánicas: tensión, impacto y dureza de las diferentes probetas sometidas a los

tratamientos térmicos, a saber, temple, criogenia y revenido. Para ello se eligieron

dieciocho probetas.

Ilustración 7: preparación de las probetas

Fuente: AUTOR

30

El diámetro del material fue seleccionado para obtener las dimensiones correctas

según la norma ASTM E8:

Ilustración 8: probetas según norma ASTM E8

Fuente: AUTOR

Tabla 9: Clasificación de las probetas

CLASIF. NOMBRE CANT. PROPÓSITO

CONTROL

Control (K)

3

No se sometieron a los diferentes tratamientos térmicos y sirvieron para

evaluar los diferentes cambios producidos en los diferentes grupos

Temple (T)

3 Funcionan como comparativo entre las

diferentes tratamientos térmicos, sentando la base de comparación

RE

VE

NID

AS

Temple, Criogenia Y Revenido 5

Minutos (TCR5)

3

Cada grupo muestra resultados generados por los diferentes tiempo de revenido, produciendo cambios en la

micro estructura de cada grupo

Temple, Criogenia Y Revenido 10 Minutos (TCR10)

3


3


3

TOTAL 18

Fuente: AUTOR

31

Ilustración 9: total probetas para prueba de impacto charpy

Fuente: AUTOR

Ilustración 10: Total probetas prueba de tracción

Fuente: AUTOR

32

El material fie adquirido en la Compañía General de Acero (CGA), con su certificado

de calidad (ver anexo 1), de la cual se muestra la composición química del acero

AISI SAE 1045.

Tabla 10: composición química de la barra acero 1045

Fuente: AUTOR

Tabla 11: composición química de la placa de acero 1045

Fuente: AUTOR

Fe C Si Mn Cr Mo Ni Al Co Cu Nb Ti V W Pb

98,1 0,475 0,239 0,648 0,104 0,011 0,06 0,008 0,005 0,102 0,044 0,005 0,005 0,025 0,01

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA BARRA

Fe C Si Mn Cr Mo Ni Al Co Cu Nb Ti V W Pb

98,5 0,463 0,211 0,602 0,167 0,01 0,05 0,006 0,005 0,12 0,04 0,005 0,005 0,025 0,01

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA PLACA

33

6. INGENIERÍA DE PROYECTO

6.1. Cálculo de temperaras intercríticas

Teniendo en cuenta los porcentajes de masa de cada elemento que compone el

acero AISI SAE 1045 mostrados en las tablas 10 y 11, además de las ecuaciones

de temperatura de la Austenita y temperatura de austenización total se procede a

calcular las temperaturas intercríticas:

6.1.1. Temperatura 𝐴𝑐1

Ecuación 5: cálculo de temperatura Ac1

𝑨𝑪𝟏 = 723 − 7,08𝑀𝑛 + 37,7𝑆𝑖 + 18,1𝐶𝑟 + 44,2𝑀𝑜 + 8,95𝑁𝑖 + 50,1𝑉 + 21,7𝐴𝑙 + 3,18𝑊

+ 297𝑆 − 830𝑁 − 11,5𝐶 ∗ 𝑆𝑖 − 14,0𝑀𝑛 ∗ 𝑆𝑖 − 3,1𝑆𝑖 ∗ 𝐶𝑟 − 57,9𝐶 ∗ 𝑀𝑜

− 15,5𝑀𝑛 ∗ 𝑀𝑜 − 5,28𝐶 ∗ 𝑁𝑖 − 6,0𝑀𝑛 ∗ 𝑁𝑖 + 6,77𝑆𝑖 ∗ 𝑁𝑖 − 0,80𝐶𝑟 ∗ 𝑁𝑖

− 27,4𝐶 ∗ 𝑉 − 30,8𝑀𝑜 ∗ 𝑉 − 0,84 𝐶𝑟2 − 3,46𝑀𝑜2 − 0,46𝑁𝑖2 − 28𝑉2

Fuente: (Gorni, 2012)

𝑨𝑪𝟏 = 𝟕𝟐𝟔, 𝟓°𝑪 (𝒃𝒂𝒓𝒓𝒂) 𝑨𝑪𝟏 = 𝟕𝟐𝟕, 𝟗°𝑪 (𝒑𝒍𝒂𝒄𝒂)

6.1.2. Temperatura 𝐴𝑐3

Ecuación 6: cálculo de temperatura Ac1

𝐴𝑐3 = 912 − 370𝐶 − 27,4𝑀𝑛 + 27,3𝑆𝑖 − 6,35𝐶𝑟 − 32,7𝑁𝑖 + 95,2𝑉 + 190𝑇𝑖 + 72,0𝐴𝑙

+ 64,5𝑁𝑏 + 5,57𝑊 + 332𝑆 + 276𝑃 + 485𝑁 − 900𝐵 + 16,2𝐶 ∗ 𝑀𝑛 + 32,3𝐶

∗ 𝑆𝑖 + 15,4𝐶 ∗ 𝐶𝑟 + 48,0𝐶 ∗ 𝑁𝑖 + 4,32𝑆𝑖 ∗ 𝐶𝑟 − 17,3𝑆𝑖 ∗ 𝑀𝑜 − 18,6𝑆𝑖 ∗ 𝑁𝑖

+ 4,80𝑀𝑛 ∗ 𝑁𝑖 + 40,5𝑀𝑜 ∗ 𝑉 + 174𝐶2 + 2,46𝑀𝑛2 − 6,86𝑆𝑖2 + 0,322𝐶𝑟2

+ 9,9𝑀𝑜2 + 1,4𝑁𝑖2 − 60,2𝑉2


34

𝑨𝑪𝟑 = 𝟕𝟔𝟎, 𝟏°𝑪 (𝒃𝒂𝒓𝒓𝒂) 𝑨𝑪𝟑 = 𝟕𝟔𝟏, 𝟖°𝑪 (𝒑𝒍𝒂𝒄𝒂)

6.2. Tratamientos térmicos

A continuación se muestran los procedimientos realizados a las diferentes probetas

a distintos tratamientos térmicos, a saber:

6.2.1. Temple

Se tomaron quince de las dieciocho probetas fabricadas para casa tipo de prueba y

se sometieron a un temple en salmuera, es decir agua con sales minerales, a una

temperatura de 761°C

Ecuación 7: temperatura de temple promedio

𝑇𝑒𝑚𝑡𝑒𝑚𝑝𝑙𝑒 =𝐴𝐶3𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎

+ 𝐴𝐶3𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎

2


𝑇𝑒𝑚𝑡𝑒𝑚𝑝𝑙𝑒 =760,1°𝐶 + 761,8°𝐶

2= 761°𝐶

35

Ilustración 11: proceso de templado

Fuente: AUTOR

6.2.2. Criogenia

Días luego del temple, se procedió a realizar criogenia a doce de las quince probetas

templadas, una temperatura de -196°C, bajo la recomendación de (Vargas & Sierra

Gonzalez, 2016) con una duración de 24 horas.

Ilustración 12: probetas después de la criogenia

Fuente: AUTOR

36

6.2.3. Revenido

Finalmente a cada grupo de probetas se revinieron a 400°C durante los tiempos de

5, 10, 15 y 30 minutos.

6.3. Ensayos y pruebas

6.3.1. Pruebas de tensión

La prueba de tensión, se realizó en la máquina universal de ensayos UH 50-A

Shimatzu, perteneciente al laboratorio de resistencia de materiales de la

Universidad Distrital Francisco José de caldas. Se sometió una probeta de cada tipo

a este ensayo, a continuación los resultados:

Ilustración 13: Gráfico esfuerzo-deformación de las probetas K

Fuente: AUTOR

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1

s

(MP

a)

e ( % elongación)

CURVA DEFORMACIÓN ESFUERZO

37

Ilustración 14: Gráfico esfuerzo-deformación de las probetas T

Fuente: AUTOR

Ilustración 15: Gráfico esfuerzo-deformación de las probetas TCR5, TCR10, TCR15 y TCR30

Fuente: AUTOR

0

200

400

600

800

1000

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7

s

(MP

a)

e (% elongación)


TEMPLADAS (T)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

s

(MP

a)

e (% elongación)


TRC15 TRC30 TRC10 TRC5

38

Ilustración 16: Gráfico comparación de las curvas esfuerzo-deformación de todos los grupos de probetas

Fuente: AUTOR

En la gráfica esfuerzo vs deformación se puede observar los cambios significativos

del esfuerzo máximo a la tensión en las diferentes temperaturas de revenido,

teniendo como base de comparación el material en estado de suministro, la probeta

templada genera una curva en la cual al momento de alcanzar el límite de fluencia

se genera inmediatamente la fractura, esto supone a que al realizar el tratamiento

térmico el espécimen sufre un cambio de fase en el que hay presencia de Martensita

y Ferrita evidenciando en la gráfica su fragilidad.

La probeta con revenido a 5 minutos de sostenimiento presenta un comportamiento

atípico con relación a las demás especímenes debido a que alcanza un límite de

fluencia bastante alto y no se fractura sin generar deformación plástica, presentando

una conducta similar a la de temple; la curva que mejor comportamiento presenta

es la de revenido a 30 minutos de sostenimiento debido a que su límite de

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1

s (

MP

a)

e (% elongación)


TEMPLE (T) TRC15 TRC30 TRC10 TRC5 Control (K)

39

elasticidad es el más alto, enseña una mayor deformación con respecto a las demás

curvas hasta su fractura.

6.3.2. Pruebas de impacto

El ensayo Charpy de impacto permite calcular cuanta energía logra disipar una

probeta al ser golpeada por un péndulo pesado en caída libre. El ensayo muestra

valores en Joule. Las probetas utilizadas poseen un entalle estándar para facilitar el

inicio de la fisura.

Ilustración 17: Entalle estándar de las probetas para prueba de impacto

Fuente: AUTOR

40

Tabla 12: resultados prueba de impacto tipo charpy

ENERGÍA

REGISTRADA (J)

PÉRDIDA ENERGÍA

(J)

TENACIDAD (J)

TENACIDAD PROMEDIO

(J)

k 21,530 0,411 21,119

22,999 25,290 0,411 24,879

T

2,190 0,411 1,779

2,114 2,886 0,437 2,449

2,551 0,437 2,114

TCR5

5,130 0,437 4,693

5,629 4,515 0,437 4,078

8,578 0,463 8,115

TCR10

6,580 0,437 6,143

8,960 7,607 0,437 7,170

14,030 0,463 13,567

TCR15

10,710 0,308 10,402

10,647 9,604 0,437 9,167

12,810 0,437 12,373

TCR30

18,680 0,437 18,243

15,922 13,450 0,437 13,013

16,920 0,411 16,509

Fuente: AUTOR

6.3.3. Dureza

La prueba de dureza muestra que tanta oposición pone un cuerpo a ser penetrado,

para ello, se utilizó el durómetro del laboratorio de metalografía de la universidad

distrital Francisco José de Caldas. Fueron usadas las 18 probetas, arrojando los

siguientes resultados:

41

Ilustración 18: Gráfico resultados prueba de dureza probetas de tracción

Fuente: AUTOR

Ilustración 19: Gráfico resultados prueba de dureza probetas de impacto

Fuente: AUTOR

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

50,0

55,0

control (K) Temple (T) TCR5 TCR10 TCR15 TCR30

DU

REZ

A (

HR

C)

DUREZA PROBETAS TENSIÓN

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

control(K) Temple(T) TCR5 TCR10 TCR15 TCR30

DU

REZ

A (

HR

C)

DUREZA PROBETAS IMPACTO

42

Ilustración 20: comparación resultados de la prueba de dureza entre las probetas de tensión e impacto

Fuente: AUTOR

6.3.4. Análisis de falla

Tabla 9: análisis de falla de todos los grupos de probetas

CONTROL

Fractura

mixta:

Dúctil-frágil

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

50,0

55,0

control (K) Temple (T) TCR5 TCR10 TCR15 TCR30

DU

REZ

A(H

RC

)

DUREZA

IMPACTO TENSIÓN

43

TEMPLE

Fractura

mixta:

Dúctil-frágil

TCR5

Fractura

Frágil

TCR10

Fractura

Frágil

granular

44

TCR15

Fractura

Frágil

TCR30

Fractura

Frágil

granular

Fuente: AUTOR

45

6.4. Micrografías

Tabla 10: Microscopia a 500x y a 1000x probeta sin tratamiento térmico

CONTROL

Microscopia

a500x

Microscopia

a1000x

Fuente: AUTOR

En la figura anterior se muestra la microestructura de una probeta sin tratamiento

térmico se evidencia la distribución homogénea de ferrita, perlita y cristales de

perlita, haciendo a este acero un material dúctil con baja dureza.

46

Tabla 11: Prueba Microscopia electrónica de Barrido probetas K

CONTROL

Fuente: AUTOR

47

Esta imagen muestra más definida en alto relieve el grano de perlita acompañado

en bajo relieve por los granos de ferrita.

Tabla 12: Microscopia a 500x y a 1000x probetas con temple

TEMPLE

Microscopia

a500x

Microscopia

a1000x

Fuente: AUTOR

De las ilustraciones 28 y 29 se puede observar gran cantidad de Martensita, que

aporta dureza, y la disminución de la concentración de ferrita además de una

pequeña cantidad de perlita, debido a que el temple se realizó a la temperatura AC3.

48

Tabla 13: Prueba Microscopia electrónica de Barrido (MEB) probetas templadas

TEMPLE

Fuente: AUTOR

49

Tabla 14: Microscopia a 500x y a 1000x probetas TCR5

TCR5

Microscopia

a500x

Microscopia

a1000x

Fuente: AUTOR

En las figuras 30 y 31 se aprecia una disminución del contenido de Martensita, que

se distribuye uniformemente a lo largo del área de estudio, debido al revenido,

además se observa la aparición de matriz ferrítica, conjuntamente se observa una

pequeña cantidad de cementita secundaria, que es más notoria en la imagen MEB

TCR5. El tamaño de grano se torna más fino respecto a las probetas T y K.

50


TCR5

Fuente: AUTOR

51


TCR10

Microscopia

a500x

Microscopia

a1000x

Fuente: AUTOR

En TCR10 apenas es visible un aumento en cementita proeutectoide, se observa

una mejor distribución de la ferrita y la cementita, el tamaño de grano es

prácticamente el mismo en TCR5 y TCR10. Asimismo se observa disminución del

contenido de Martensita retenida.

52


TCR10

Fuente: AUTOR

53


TCR15

Microscopia

a500x

Microscopia

a1000x

Fuente: AUTOR

En las imágenes 32 y 33 se puede observar que ya no queda Martensita retenida

en el área de estudio, además aumento el contenido de cementita y se muestra en

alto relieve el contenido de ferrita que se extiende uniformemente en el material.

54


TCR15

Fuente: AUTOR

55


TCR30

Microscopia

a500x

Microscopia

a1000x

Fuente: AUTOR

En las imágenes 34 y 35 se puede ver que la microestructura está totalmente

conformada con ferrita y cementita, que le aportan ductilidad y dureza al material

conjuntamente y que se distribuyen uniformemente en el área mostrada. Es

evidente en las ilustraciones de TCR10, TCR15 y TCR30 que el tamaño de grano

se mantiene constante.

56


TCR30

Fuente: AUTOR

57

6.5. Microdureza

Este ensayo consiste en generar una deformación plástica con una carga e

indentador estandarizado, el valor de la dureza dependerá de la profundidad de la

muesca que se haya generado en el material; la escala de dureza que se puede

proporcionar está en el orden Rockwell A, B o C o dureza Vickers, para lo cual se

utilizó el microdurómetro HMV-2TL marca Shimadzu disponible en el laboratorio de

metalografía de la Universidad Distrital:

Tabla 22: Resultados prueba de dureza

MÁXIMA MÍNIMA

HV HRC HV HRC

CONTROL 315 32 250 22

TEMPLE 740 64 320 34

TCR5 415 42 370 38

TCR10 560 50 430 44

TCR15 480 48 320 34

TCR30 430 44 300 30

Fuente: AUTOR

Ilustración 21: Gráfica que compara la Microdureza en distintas zonas

Fuente: AUTOR

0

8

16

24

32

40

48

56

64

Control (K) Temple (T) TCR5 TCR10 TCR15 TCR30

Mir

cod

ure

za (

HR

C)

MICRODUREZA EN DISTINTAS ZONAS

ZONAS DURAS

ZONAS BLANDAS

58

En términos generales, se ve incrementada la Microdureza de todos los grupos que

fueron sometidos a tratamientos térmicos. Destaca el hecho que la probeta de

temple, en la zona aumenta considerablemente que en la zona blanda en un 53%.

El grupo con mayor zona dura, a parte del temple, fue el TCR10, ya que muestra

valores típicos de 50 HRC y una zona blanda de 44HRc, siendo a su vez, el valor

más alto de todas las zonas blandas.

Ilustración 22: Gráfica porcentaje de mejora en la dureza

Fuente: AUTOR

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Temple (T) TCR5 TCR10 TCR15 TCR30

PORCENTAJE DE MEJORA

Máxima Mínima

59

6.6. Comparación

Ilustración 23: Comparación del esfuerzo máximo de probetas con tratamiento térmico TCR a 400ºC, TR a 450ºC y TR a 550ºC, con tiempo de revenido de 5, 10 y 15 minutos

Fuente: AUTOR

Ilustración 24: Gráfica del esfuerzo máximo de dos probetas templadas a diferentes temperaturas

Fuente: AUTOR

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

5 MIN 10 MIN 15 MIN

s(M

Pa)

ESFUERZOS MÁXIMOS EN REVENIDOS

CRIOG Y REV 400°C REV 450°C REV 550°C

1079,47

1219,56

1000

1050

1100

1150

1200

1250

TEMPLE 761°C TEMPLE 770° C

s (

MP

a)

ESFUERZO MÁXIMO TEMPLE

60

Ilustración 25: Gráfica de la tenacidad promedio en probetas tratamiento térmico TCR a 400ºC, TR a 450ºC y TR a 550ºC, con tiempo de revenido de 5, 10 y 15

minutos

Fuente: AUTOR

Ilustración 26: Gráfica de tenacidad promedio de dos probetas templadas a diferentes temperaturas

Fuente: AUTOR

0

10

20

30

40

50

60

5 MIN 10 MIN 15 MIN

TEN

AC

IDA

D (

julio

s)

TENACIDAD PROMEDIO EN REVENIDOS

CRIOG Y REV 400°C Rev 450 Rev 550

0

1

2

3

4

5

TEMPLE 761 TEMPLE 770

TEN

AC

IDA

D(

Julio

)

TENACIDAD PROMEDIO EN TEMPLES

61

7. CONCLUSIONES

Realizando el tratamiento térmico de temple se puede concluir que la

temperatura de 761°C se seleccionó dentro del rango de temperaturas

intercríticas establecido con anterioridad, teniendo en cuenta que se debe

hacer a la temperatura de austenización denominada AC3 debido a que los

cambios de fase desde este punto son diferentes.

Con base en el diagrama esfuerzo vs deformación se concluye que la curva

del tratamiento de las probetas con temple, criogenia y revenido a 30 minutos

es la que mayor variación presenta con respecto a la probeta de control.

Se concluye que los tratamientos térmicos aplicados aumentan la

Microdureza de las zonas duras en un mínimo de 30% y se refuerzan las

zonas blandas en un 35%.

Con excepción de las probetas con temple, criogenia y revenido a 30

minutos, las demás probetas sometidas a algún tratamiento térmico, se

fractura antes de llegar a la zona plástica.

Todas las probetas con tratamiento temple, criogenia y revenido a 30 minutos

mostraron poco aumento en su límite de fluencia, y un gran aumento en el

esfuerzo último a la tensión respecto a las demás.

Al comparar las probetas con temple, criogenia y revenido a 400ºC con

probetas con únicamente temple y revenido a 450 y 550ºC a 5, 10 y 15

minutos, se observó que estas últimas tienen una mayor tenacidad pero un

menor esfuerzo máximo, lo que indica que las probetas con temple, criogenia

y revenido son más dúctiles y tienen mayor resistencia a la fractura debido a

la criogenia, y que su tenacidad está dentro del promedio para el acero AISI

SAE 1045

62

REFERENCIAS

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termico de aceros para trabajo en frio K100 (AISI D3). Lima, Perú.

ii. Camilo, A. (2012). Ensayo de impacto . Bogota D.C.

iii. Camilo, A. (2012). Ensayo de tracción mecánica del acero 1045. Bogota D.C.

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v. E., C. C., & C, J. F. (2016). Influencia del tiempo del revenido en la resistencia

al desgaste abrasivo de un acero AISI 1020 templado desde temperaturas

intercriticas seguido de un tratamiento criogenico.

vi. ESTUDIANTESMETALOGRAFIA. (01 de Mayo de 2013). Metalografía

Universidad Tecnológica de Pereira. Obtenido de

http://blog.utp.edu.co/metalografia/5-diagrama-hierro-carbono/#parte2

vii. F., C. V., & Jayson, S. U. (2015). Influensia del tiempo de reveniso en las

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1045. Bogotá D.C., Colombia.

viii. Gorni, A. A. (25 de enero de 2012). STEEL FORMING AND HEAT

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ix. Guajardo, J. (2007). Aceros de construccion de propiedades especiales.

x. Rendon Adrian, A. C. (2000). Aumento a la resistencia de aceros para

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Obtenido de https://www.ing.unlp.edu.ar/catedras/M0624/

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microestructura y la dureza del Al 2024-T4. Bogota.

anÁlisis de la resistencia a la tensiÓn y dureza de...

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